姜广策博士最近在Sep. Puri. Tech.上发表研究论文

       本网讯（通讯员 姜广策 牛草原）近日，姜广策博士在热解生物油中单酚组分选择性分离方向取得新进展，相关成果在Sep. Puri. Tech. (DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118902)期刊上发表。
       生物质热解技术是目前最具潜力的农林生物质资源利用方案之一，其产物热解生物油在替代不可再生的石化资源和减少碳排放方面具有巨大的应用潜力。目前热解生物油的高效利用尚存在困难，由于其组成复杂，后续加工利用往往伴随很多副反应，导致转化过程效率偏低，选择性差。热解生物油中高附加值组分的选择性分离是近年来极具挑战性的课题，新技术的建立必须综合考虑处理能力、经济成本、设备要求等多个方面。近年来，Y.H. Chan，L. Cesari，C. Yao 等在热解生物油族组分分离中报道了一系列重要进展，但这些过程往往存在实验周期长、处理量偏小、综合成本较高等问题有待解决。
       河南农业大学理学院姜广策博士一直致力于复杂油品的规模化分离精制工艺的开发，在前期工作基础上，作者基于Hansen溶度参数理论，实现了复杂油品中族组分选择性溶解特征值的理论预测和实验模拟。作者针对热解生物油中的单酚组分，基于浊度滴定法和Hansen溶度参数理论研究了其溶解性质，并通过Hansen拓展方法和作者在前期工作中提出的溶度参数椭球半经验模型建立了其中6种代表性模型化合物在不同溶剂中的溶解度预测模型。其中，Hansen溶解度椭球模型具有良好的可视化特征（图1），在Hansen坐标系中可以表现为一系列与溶解度对应的、以单酚化合物溶质的Hansen溶度参数为中心的椭球球面。如果某一溶剂的Hansen溶度参数落在特定椭球面之内，那么该溶剂对这一单酚化合物的溶解度大于该椭球面对应的溶解度数值，反之，则该溶剂对单酚溶质的溶解度小于椭球面对应的溶解度数值。

图1 愈创木酚的Hansen溶解度椭球模型
 

       基于Hansen溶解度椭球模型良好的可视化特征，作者通过模型叠加和布尔运算，在三维坐标系中得出了能够有效溶解六种单酚化合物，并对两种二聚酚类溶解度相对较小的溶剂Hansen溶度参数分布区间。在Hansen溶度参数这一区间中的溶剂具有实现单酚化合物与热解生物油中的低聚酚类组分选择性萃取分离的潜力（图2）。基于该方案，作者提出了一种以水—甘油混合溶液选择性萃取分离水洗热解生物油中单酚化合物的方案，并通过逆萃取实现溶剂高效回收，分离产物中单酚组分质量分数约占70%，其中六种主要单酚化合物含量接近45%，过程设备要求较低，溶剂回收利用方式简单，适合工艺放大。

图2 基于三维椭球模型和布尔运算的单酚选择性萃取溶剂组成优化
 

       为验证分离产物的可利用性，作者还将分离产物用于加氢脱氧制备芳烃，与未经处理的热解生物油和水洗生物油原料相比，由于分离产物中单酚化合物含量得到了有效提升，其加氢脱氧转化率与选择性均有显著提高（图3，图4）；由于低聚酚类等重质组分在分离过程中被有效去除，过程催化剂的稳定性也有显著提升。同组的王志敏教授和吕东灿博士对该工作的实验设计与优化提供了宝贵的建议。该研究工作获得河南省科技攻关项目和河南农业大学科技创新基金项目支持。
 

图3 水洗热解生物油(a)与分离产物(b)的全二维气质联用图

图4 以分离产物（a）和水洗热解生物油（b）作为原料的加氢脱氧产物TIC图

作者简介：
       姜广策博士，2015年博士毕业于中国矿业大学（北京），同年进入中科院青岛生物能源与过程研究所开展博士后工作，2017年就职于河南农业大学理学院。姜广策博士的研究领域主要为先进分离技术和绿色化学催化，迄今在相关领域发表了多篇高质量SCI论文，并于2019年获得中国石油与化工联合会科技进步奖（二等）。